فناوری‌های به کار رفته در صفحات لمسی [بررسی جامع]

صفحات لمسی (Touchscreen) به عنوان رابط‌های کاربری تعاملی، تحولی شگرف در تعامل انسان و ماشین ایجاد کرده‌اند. این صفحات با حذف نیاز به ابزارهای ورودی فیزیکی مانند ماوس و کیبورد، امکان کنترل مستقیم و شهودی دستگاه‌ها را فراهم می‌سازند. از تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها گرفته تا دستگاه‌های خودپرداز (ATM) و سامانه‌های اطلاعاتی در مکان‌های عمومی، صفحات لمسی به بخشی جدایی‌ناپذیر از زندگی روزمره ما تبدیل شده‌اند. این گسترش چشمگیر، نتیجه‌ی پیشرفت‌های قابل توجه در فناوری‌های مختلف صفحات لمسی است. در این مقاله، به بررسی جامع و تحلیلی فناوری‌های کلیدی به کار رفته در این صفحات پرداخته و مزایا و معایب هر یک را مورد ارزیابی قرار خواهیم داد.

انواع صفحات لمسی

• تاچ مقاومتی
• صفحه لمسی خازنی
• صفحه لمسی مادون قرمز
• صفحه لمسی نوری
• صفحات لمسی امواج صوتی سطحی

تکنولوژی تاچ مقاومتی Resistive Touchscreens

تکنولوژی مقاومتی یکی از روش‌های استفاده شده در صفحات لمسی است. در این تکنولوژی، دو لایه شفاف قرار دارند که بین آنها یک لایه مقاومتی وجود دارد. این دو لایه شفاف معمولاً شیشه یا پلاستیکی شفاف هستند.
وقتی که لمسی یا فشاری روی صفحه لمسی مقاومتی اعمال می‌شود، لایه‌های مقاومتی به هم فشار می‌آیند. این فشار باعث تغییر مقاومت الکتریکی در نقاط لمس می‌شود. سیگنال الکتریکی از طریق نقاط لمس به سیستم الکترونیکی صفحه لمسی منتقل می‌شود تا موقعیت لمس تشخیص داده شود.

برای تشخیص موقعیت لمس، سیستم الکترونیکی صفحه لمسی از روش‌های مختلفی استفاده می‌کند. یکی از روش‌های معمول استفاده شده، استفاده از جریان الکتریکی است. در این روش، جریان الکتریکی از یک نقطه از لایه مقاومتی شروع شده و از طریق نقاط لمس به سمت نقطه دیگری از لایه مقاومتی جریان می‌یابد. با تحلیل نقاطی که جریان از آنها عبور می‌کند، موقعیت لمس تعیین می‌شود.

تکنولوژی مقاومتی قابل استفاده با انواع اشیاء مانند انگشتان، قلم‌های مخصوص و حتی لمسی با ناخن است. همچنین، قابلیت تشخیص لمس چند نقطه همزمان را دارد. با این حال، یکی از محدودیت‌های این تکنولوژی این است که حساسیت آن به فشار لمس نسبت به دیگر تکنولوژی‌ها کمتر است و نیاز به فشار قابل توجهی بر روی صفحه لمسی دارد تا تشخیص داده شود.

اخیراً، تکنولوژی مقاومتی توسط تکنولوژی‌های دیگری مانند تکنولوژی خازنی و مادون قرمز در بسیاری از دستگاه‌های لمسی جایگزین شده است.

مزایا و معایب تاچ مقاومتی

این نوع صفحات لمسی، یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین فناوری‌ها در این حوزه محسوب می‌شوند. ساختار آن‌ها از دو لایه رسانای شفاف (معمولاً اکسید قلع ایندیوم یا ITO) تشکیل شده است که توسط یک لایه نازک عایق از هم جدا شده‌اند. هنگامی که کاربر با انگشت یا قلمی بر روی صفحه فشار وارد می‌کند، دو لایه رسانا در نقطه تماس به هم متصل شده و یک مدار الکتریکی ایجاد می‌شود. کنترلر دستگاه با اندازه‌گیری ولتاژ در این نقطه، موقعیت دقیق لمس را تشخیص می‌دهد.

مزایا

1. قابلیت تشخیص لمس چند نقطه همزمان: تکنولوژی مقاومتی معمولاً قابلیت تشخیص لمس چند نقطه همزمان را دارد. این مزیت به ویژه در برخی از برنامه‌ها و بازی‌ها کاربرد دارد.
2. قابلیت استفاده با اشیاء مختلف: صفحات لمسی مقاومتی قابلیت تشخیص لمس با انواع اشیاء مانند انگشتان، قلم‌های مخصوص و حتی لمسی با ناخن را دارند. این امر به کاربران با انواع استفاده و انتخاب وسیله ورودی آزادی بیشتری می‌دهد.
3. قابلیت عملکرد در شرایط مختلف: تکنولوژی مقاومتی عملکرد خوبی را در شرایط مختلف از جمله با دستان خشک و مرطوب، با لباس‌های عایق و حتی با دستکش‌ها ارائه می‌دهد.
4. قیمت مقرون به صرفه: این تکنولوژی قیمت پایین‌تری نسبت به سایر تکنولوژی ها دارد.

معایب

1. حساسیت کمتر: یکی از معایب اصلی صفحات لمسی مقاومتی این است که برای تشخیص لمس نیاز به فشار قابل توجهی بر روی صفحه لمسی دارند. این ممکن است برای برخی کاربران ناخوشایند باشد و نیاز به فشار قوی‌تر یا تکراری برای واکنش درست داشته باشد.
2. دقت کمتر: در مقایسه با تکنولوژی‌های دیگر مانند تکنولوژی خازنی، تکنولوژی مقاومتی دارای دقت کمتری است. این می‌تواند در برخی از برنامه‌ها و کاربردها مشکلاتی ایجاد کند، به خصوص زمانی که نیاز به دقت بالا در تشخیص لمس وجود دارد.
3. ضریب بازتاب نور: صفحات لمسی مقاومتی دارای ضریب بازتاب نور بیشتری نسبت به تکنولوژی‌های دیگر هستند. این ممکن است باعث کاهش وضوح تصویر و روشنایی صفحه در برخی شرایط باشد.
4.  مقاومت کمتر در برابر خراش: لایه رویی این صفحات به دلیل ماهیت نرم‌تر، مستعد خراشیدگی است.
5. قابلیت تشخیص چند لمسی محدود: در بیشتر موارد، صفحات لمسی مقاومتی تنها قادر به تشخیص یک نقطه لمس به طور همزمان هستند.

صفحات لمسی خازنی Capacitive Touchscreens

این نوع صفحه لمسی را می‌توان دومین نوع صفحه نمایش لمسی محبوب در بازار دانست. در سطح صفحه نمایش لمسی خازنی، یک لایه الکترود شفاف در بالای یک صفحه شیشه‌ای وجود دارد که توسط یک پوشش محافظ پوشانده شده است. وقتی انگشت در معرض صفحه مانیتور قرار می‌گیرد، به الکتریسیته ساکن واکنش نشان می‌دهد و تعدادی از بارهای الکتریکی از صفحه به کاربر منتقل می‌شوند. این کاهش ظرفیت توسط سنسورهای واقع در چهار گوشه صفحه تشخیص داده شده و باعث شناسایی محل لمس صفحه می‌شود. این نوع صفحه لمسی معمولا مجهز به یک برد که به کنترل کننده معروف است متصل است که وظیفه پردازش اطلاعات جهت تعیین نقطه لمس را برعهده دارد.

صفحه لمسی خازنی

صفحات لمسی خازنی دارای دو نوع خازن سطحی (Surface Capacitive) و خازن پیشبینی شده (Projected Capacitive) هستند. صفحه لمسی خازنی سطحی دومین صفحه لمسی رایج است و می توان با انگشت یا بدون قلم و روکش از آن استفاده کرد. صفحه نمایش لمسی خازنی شامل دو زیرمجموعه Self Capacitance و Mutual Capacitance است و بسیار شبیه به صفحه خازنی سطحی است، اما تفاوت آن در این است که می‌توان از آن با دستکش‌های نازک استفاده کرد و همچنین قابلیت لمس همزمان متعدد را نیز دارد.

مطلب پیشنهادی: تابلو اعلانات لمسی در دانشگاه

مزایا صفحات لمسی خازنی

• کیفیت تصویر بالا: صفحات لمسی خازنی به دلیل داشتن تنها یک لایه، از شفافیت و کیفیت تصویر بالاتری نسبت به صفحات مقاومتی برخوردارند.
• حساسیت بالا: این نوع صفحات به لمس بسیار حساس هستند و نیازی به اعمال فشار زیاد ندارند.
• قابلیت تشخیص چند لمسی (Multi-touch): صفحات خازنی به راحتی می‌توانند چندین نقطه لمس را به طور همزمان تشخیص دهند و امکان استفاده از حرکات پیچیده (مانند زوم کردن با دو انگشت) را فراهم می‌کنند.
• مقاومت بالا در برابر خراش: لایه شیشه‌ای یا پلاستیکی رویی این صفحات در برابر خراش مقاوم است.

معایب صفحات لمسی خازنی

• هزینه بالاتر: صفحات لمسی خازنی گران‌تر از صفحات مقاومتی هستند.
• نیاز به رسانا: این نوع صفحات تنها با اجسام رسانای الکتریکی (مانند انگشت) کار می‌کنند و نمی‌توان از دستکش یا قلم‌های غیر رسانا برای لمس آن‌ها استفاده کرد.
• حساسیت به تداخلات الکترومغناطیسی: صفحات خازنی ممکن است تحت تاثیر تداخلات الکترومغناطیسی عملکرد نامناسبی داشته باشند.

صفحات لمسی مادون قرمز Infrared – IR Touchscreens

صفحات لمسی مادون قرمز از فرستنده و گیرنده‌های IR برای ایجاد یک شبکه نامرئی از پرتوهای نور در سراسر صفحه نمایش تشکیل شده است و بهترین کیفیت تصویر ممکن را تضمین می‌کند. وقتی جسمی نور مادون قرمز نامرئی را قطع می‌کند، سنسورها فرستنده و گیرنده به صورت منظم به دور فریم لمسی چیده شده‌اند که یک ضلع آن وظیفه ارسال و دو ظلع دیگر آن وظیفه دریافت این پرتوها را بر عهده دارند. زمانی که دست و یا هر شیء خارجی روی صفحه قرار گیرد مسیر پرتوها دچار اخلال شده و فریم تاچ با شناسایی نقطه اخلال بوجود آمده در راستای طول و عرض محل لمس را تشخیص می‌دهد.

صفحات لمسی مادون قرمز

مزایا صفحات لمسی مادون قرمز

• شفافیت بالا: صفحات IR به دلیل عدم وجود لایه روی صفحه، از شفافیت و کیفیت تصویر بسیار بالایی برخوردارند.
• قابلیت تشخیص چند لمسی: این نوع صفحات به راحتی می‌توانند چندین نقطه لمس را به طور همزمان تشخیص دهند.
• مقاومت بالا در برابر خراش: به دلیل عدم وجود لایه روی صفحه، مقاومت بالایی در برابر خراش دارند.
• کاربرد با انواع ابزار: صفحات IR به لمس جسمی حساس نیستند و می‌توان از هر وسیله‌ای (انگشت، قلم، دستکش) برای لمس آن‌ها استفاده کرد.

معایب صفحات لمسی مادون قرمز

• فعال شدن تصادفی تاچ. این اتفاق بدلیل تداخل تابش نور خورشید یا پرتوهای نور حاصل از تابش لامپ‌های فلوروسنت اجتناب ناپذیر است.
• گرد و غبار، روغن یا تجمع چربی روی صفحه یا قاب می‌تواند مانع عبور پرتوی نور شود و باعث عدم عملکرد دقیق آن شود!
• حساس به آب، برف، باران
• ممکن است به تداخل نور محیط حساس باشد!
• هزینه بالاتر، این صفحه لمسی به دلیل استفاده از تکنولوژی بروزتر از قیمت بالاتری هم برخوردار است.

فناوری صفحات لمسی نوری Optical Touchscreens

تصویربرداری نوری یکی دیگر از فناوری‌های صفحات لمسی نسبتاً جدید است. این صفحه لمسی از دوربین‌های مادون قرمز و نور برای یافتن نقطه مورد لمس استفاده می‌کند. همچنین دارای صفحه نمایش چند لمسی است و اندازه آن 19 تا 100 اینچ است. از آنجا که تشخیص لمس در این صفحه‌ها با تصویربرداری انجام می‌شود، می توان از انگشتان، قلم و دستکش برای لمس این صفحه‌ها استفاده کرد. این فناوری اغلب در صفحه‌های بزرگ استفاده می‌شود و عمر طولانی دارد.

این فناوری نسبتاً جدید، از دوربین‌ها و منابع نور برای تشخیص لمس استفاده می‌کند. یک یا چند دوربین در اطراف لبه‌های صفحه قرار می‌گیرند و سطح صفحه را به طور مداوم تصویربرداری می‌کنند. هنگامی که کاربر صفحه را لمس می‌کند، تصویر دوربین تغییر می‌کند. با تحلیل این تغییر، موقعیت دقیق لمس محاسبه می‌شود.

مزایا:

• مقیاس‌پذیری بالا: این فناوری به راحتی می‌تواند برای صفحات بسیار بزرگ (مانند دیوار لمسی) استفاده شود.
• قابلیت تشخیص چند لمسی پیشرفته: صفحات نوری می‌توانند تعداد زیادی نقطه لمس را به طور همزمان تشخیص دهند و امکان استفاده از حرکات پیچیده را فراهم می‌کنند.
• عدم نیاز به لایه روی صفحه: این امر باعث شفافیت بالا و مقاومت در برابر خراش می‌شود.

معایب:

• پیچیدگی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری: این فناوری به سخت‌افزار و نرم‌افزار پیچیده‌ای نیاز دارد.
• هزینه بالا: صفحات نوری گران‌تر از سایر فناوری‌ها هستند.
• حساسیت به نور محیط: نور محیط می‌تواند بر روی عملکرد دوربین‌ها تاثیر بگذارد.

صفحات لمسی امواج صوتی سطحی (Surface Acoustic Wave – SAW Touchscreens)

در این فناوری، امواج صوتی با فرکانس بالا در سطح صفحه (که معمولاً از جنس شیشه است) منتشر می‌شوند. هنگامی که کاربر صفحه را لمس می‌کند، بخشی از این امواج جذب شده یا پراکنده می‌شوند. سنسورهای موجود در لبه‌های صفحه، تغییرات در امواج صوتی را تشخیص داده و موقعیت دقیق لمس را محاسبه می‌کنند.

مزایا:

•  شفافیت بالا: صفحات SAW به دلیل عدم وجود لایه‌های متعدد، از شفافیت و کیفیت تصویر بسیار بالایی برخوردارند.
• دقت بالا: این نوع صفحات دقت بالایی در تشخیص لمس دارند.
• مقاومت بالا در برابر خراش: صفحات SAW از شیشه ساخته شده‌اند و در برابر خراش مقاوم هستند.

معایب:

•  حساسیت به آلودگی: آلودگی‌ها و گرد و غبار روی سطح صفحه می‌توانند عملکرد این نوع صفحات را مختل کنند.
•  حساسیت به رطوبت: رطوبت نیز می‌تواند بر روی امواج صوتی تاثیر گذاشته و باعث اختلال در عملکرد صفحه شود.
•  هزینه بالا: صفحات SAW گران‌تر از صفحات مقاومتی و خازنی هستند.
•  قابلیت تشخیص چند لمسی محدود: در بیشتر موارد، صفحات SAW تنها قادر به تشخیص یک نقطه لمس به طور همزمان هستند.

نتیجه‌گیری

هر یک از فناوری‌های صفحات لمسی، مزایا و معایب خاص خود را دارند. انتخاب فناوری مناسب بستگی به کاربرد مورد نظر، بودجه و سایر عوامل دارد. صفحات لمسی مقاومتی به دلیل هزینه پایین و مقاومت در برابر آسیب، برای کاربردهای صنعتی و تجاری مناسب هستند. صفحات لمسی خازنی به دلیل دقت بالا، حساسیت زیاد و قابلیت تشخیص چند لمسی، در تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها استفاده می‌شوند. صفحات SAW و IR به دلیل شفافیت بالا و مقاومت در برابر خراش، برای کاربردهایی که کیفیت تصویر در اولویت است، مناسب هستند.

صفحات نوری به دلیل مقیاس‌پذیری بالا و قابلیت تشخیص چند لمسی پیشرفته، برای صفحات بسیار بزرگ و کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. با پیشرفت فناوری، انتظار می‌رود که فناوری‌های جدیدتر و پیشرفته‌تری نیز در زمینه صفحات لمسی توسعه یابند که باعث بهبود عملکرد، کاهش هزینه و گسترش کاربردهای این رابط کاربری تعاملی خواهند شد. تحقیقات و توسعه در زمینه مواد جدید، الگوریتم‌های پردازش تصویر و روش‌های بهینه‌سازی مصرف انرژی، نقش مهمی در آینده صفحات لمسی ایفا خواهند کرد.

مطلب پیشنهادی: کاربرد کیوسک های تعاملی در مراکز عمومی